В отличие от кремния и германия полупроводниковые соединения типа ЛШВУ имеют меньшую твердость и высокую химическую активность, поэтому их обработка сопряжена с рядом трудностей. Как правило, для них сложнее подобрать подходящий по твердости абразивный материал, основной компонент суспензии. Плазменные порошки применяются те же: 5Ю2, 2г02, А120з или цеолиты. Обычно попользуют водную суспензию плазменного порошка 2г02 с соотношением твердой фазы к жидкой, равным 1 : 10 при рН = 9. В качестве окислителей применяют Н2О2, Ре3+! ЗоОв2-, Вг2, Л2, и др. На поверхности подложки полупроводника протекают реакции по схемам:
ОаАз + НА-" №3АзО, + №3 [Оа (ОН)
ОаАз -Ь (Ш.,)., 5208----№3Аз04
0а2(50,)3 + (ЫН4)
При полировании суспензией, содержащей 2г02, Н2О2 н (\ТН4)25208> с увеличением концентрации окислителей более 5% наступает 'пассивация поверхности и скорость полированч^ замедляется. Этот эффект, по-видимому, связан со структурой фазового окисла, образующегося при данной концентрации окислителей. Достаточно хорошее качество поверхности получается при полировании подложек ОаАз суспензией, содержащей 2г02 и 1—6%) Кз[Ре(СЫ)б]. Для обработан подложек ОаАз различных ориентаций большое распространение получило ХМП в растворах гипохлорита натрия с добавками ЫаОН или Ыа2С03. Процесс химического полирования может быть описан следующими реакциями [50]:
ОаАз + 4№ОС1 Оа АзО., + 4НаС1,
0аАз04 + 4№,С03 + 4Н,0
N303(011)
Максимальная скорость полирования 12,5 мкм/мин достигнута в травителях состава: ЫаОС1, 0,8 моль/л и СО 0,8 моль/л;1 \таОС1 0,8 моль/л и №2С03 1,6 моль/л. Поскольку гипохлорнт, как правило, получают непосредственно в процессе электролиза раствора поваренной соли, то можно использовать концентрацию ЫаС1 от 100 до 300 г/л. При этом концентрация активного хлора меняется мало, а скорость полирования ОаАз изменяется от 0,40 до 1,0 мкм/мин [50]. Раствор гипохлорита натрия имеет рН около 8,0. Прибавление небольших количеств щелочи до 1.5 г/л в полировальный раствор приводит к резкому увеличению скорости травления (скорость растворения возрастает в пять раз). Дальнейшее увеличение содержания ЫаОН в растворе гипохлорита натрия почти не влияет на скорость -полирования, но (Качество поверхности подложек ухудшается. Установлено, что при низких концентрациях щелочи в растворе ЫаОС! скорость растворения контролируется диффузией. При концентрации щелочи выше 2 г/л самой медленной стадией является реакция окисления поверхностных атомов. Раствор гипохлорита натрия можно использовать для полирования всех плоскостей ОаА3, в том числе и плоскости А. Оптимальным режимом ХМП в растворах гипохлорита является частота вращения полировальника 40—60 мин-1, скорость подачи (раствора на полировальник 50—60 капель/мни, рН=8. При этом •достигается поверхность с минимальной высотой неровностей (около 0,01 мкм) и толщиной нарушенного слоя (менее 0,5 мкм) без рисок. В ряде случаев для увеличения скорости и равномерности полирования в раствор N3001 вводят тонкодисперсные порошки 7лОг, 8Ю2, Т1О2.
Широко используются для ХМП подложек ОаА3 также растворы брома в метаноле. Наилучшие результаты по качеству и совершенству поверхности пластин арсенида галлия п- и р-типа при ориентации поверхности по {111}А и {111}В получены в растворах метанола с содержанием Вгг от 0,05 до 0,005% в режиме: предварительная обработка подложек алмазной пастой АСМ-0,5; давление на подложки 140гс/см2; скорость травления 0,5 мкм/мин; снятый слой 10 мкм. При уменьшении концентрации Вг до 0,0025% и увеличении содержания свыше 0,1% на поверхности выявляются риски с ямками травления, имеющие вид «лимонной корки», Скорость полирования сильно снижается.
Травящий компонент суспензии должен обеспечить высокую скорость травления без образования нерастворимых или трудно удаляемых продуктов реакции, быть инертным к материалу полировальника и оборудования иметь низкую степень токсичности. Указанным требованиям отвечают составы на основе смеси перекиси водорода с соляной кислотой или со щелочью. Для полирующей суспензии на основе П2С>2—НС1 наиболее благоприятны условия травления при рН = 2, концентрации Н2О2 16—20%. Для полирующей суспензии на основе 112Ог—КОН наибольшая скорость полирования подложек ОаАз достигается при соотношении компонентов Н2Ог: КО 11 = 1 : 1 (рН = 13). В этих растворах достигнуто высокое качество полированных подложек [51]. Для ХМП арсенилов галлия и индия, и антимонида индия предложены растворы на основе окиси хрома в травящей среде реагентов [52]. Из других составов для ХМП подложек ОаАз используются также составы на основе цеолитов.
Для ХМП подложек 1п5Ь используется метод йодного травления. При концентрации йода около 1% в метаноле, удельном давлении 300гс/см2 и частоте вращения полировальника 100 мин' 1 скорость полирования 1»5Ь составила 30 мкм/мин. Химико-механическое полирование пластин антимоинда индия проводят также в суспензии аэросила на основе перекиси водорода и молочной кислоты и в бром-метанольных растворах в сочетании с последующим химическим полированием в травителе состава ЫХ’Оз: НР: молочная кислота — -5 : 2 : 50, в объемных частях.
Химико-механическое полирование подложек ОаР также проводится различными суспензиями на основе 5Ю2, 2г02, А1203 и др. [62]. Сравнительное исследование качества поверхности и структурного совершенства пластин ОаР {100} показало, что финишная полировка водной суспензией двуокиси циркония (размер зерна 0,1—0,2 мкм) оставляет нарушенный слои глубиной 6—7 мкм. Отдельные царапины распространяются на глубину до 4 мкм, а далее встречаются только следы царапин и локальные скопления дислакаций. Полировка суспензией окиси алюминия а-модификации (размер абразивных частиц 0,054-0,1 мкм) приводит к остаточному нарушенному слою на пластинах ОаР не более 3 мкм и с плот ностыо дислокаций 5-108-г-1 109 см-2. Полирование пластин ОаР «суспензией на основе двуокиси кремния не обеспечивает требуемо' го съема материала: глубина нарушений после обработки не 'превышает 2—3 мкм. Повышенное значение остаточного нарушенное слоя на пластинах фосфида галлия после их ХМП по сравнению с арсенидом галлия объясняется более высокой пластичностью фосфида галлия.
Химико-механическое полирование пластин 1пЛз и 1пР проводится суспензиями 5Юг, 2гОг и А120з с добавлением окислителей 'перекиси водорода, гипохлорита кальция или азотной кислоты и :комплексообразователей (молочной или винной кислот). В таблице приведены некоторые распространенные составы суспензий и растворов для ХМП полупроводниковых подложек.
Анализ экспериментальных данных по ХМП элементарных полупроводников и соединении типа АШВУ показывает, что и после этой обработки также имеется относительно небольшой приповерхностный нарушенный слой (5—10 мкм). Так же, как и пр. ХДП, величина съема материала при ХМП должна превосходить глубину нарушенного слоя от предшествующей обработки. Если ХМП проводится на подложках полупроводника после их алмазной полировки пастами АСМ-1 или АСМ-0,5, то минимальный съем материала на финишной стадии должен составлять не менее 10— 15 мкм. Данные о нарушенных слоях после ХМП позволяют считать, что этот метод не является окончательным видом обработки при подготовке подложек для планарно-эпитаксиальной технологии. Поэтому непосредственно перед эпитаксиальным наращиванием необходимо проводить ХДП или при газовой эпитаксии травление газообразными химическими реагентами.
В ряде работ отмечается, что при ХМГ суспензиями без абразивов получается зеркально-гладкая поверхность подложек с неровностями не более 0,02 мкм с совершенной структурой и высокой степенью чистоты. Отличительной особенностью такой полированной поверхности является также однородность физических свойств, что, по-видимому, обусловлено бездефектностью обработки. Особенно перспективен способ ХМП безабразивными суспензиями для полупроводниковых соединений типа АП1ВУ. В то же, время ряд исследователей считает, что и при такой ХМП, неизбежно связанной с механическим давлением и трением полируемой поверхности с полировальником, имеется нарушенный слой в виде повышенной плотности дислокаций и остаточных упруго-напряженных деформаций, что обусловливает необходимость дополнительного химического или газового травления. |